Motocykl poleca:

Jak działa motocykl: cylindry, tłoki, korbowody

Poleć ten artykuł:

Zanim iskra spowoduje zapłon, który podniesie temperaturę w cylindrze do około 2000°C, mieszanka przy końcu procesu sprężania rozgrzewa się do około 500°C. A do tego po wybuchu mieszanki na tłoki działa ciśnienie około 100 barów. Tak może być w piekle. 

cylindry, tłoki, korbowody Zobacz całą galerię

Kształt komory spalania, skład i ilość mieszanki oraz moment zapłonu muszą być tak dobrane, żeby mieszanka paliwowo-powietrzna spalała się w kontrolowany sposób. Podczas pracy na pełnym obciążeniu stop aluminium, z którego wykonano tłok, rozgrzewa się do ponad 300°C. To ciepło jest odbierane dwiema drogami: za pomocą pierścieni do otoczonej płaszczem wodnym ścianki cylindra oraz przez olej silnikowy natryskiwany od wewnętrznej strony na denko tłoka.

Spalanie stukowe, czyli niekontrolowany proces spalania mieszanki, rozpoczyna nie iskra, lecz zaczyna się ono samoczynnie. W jego następstwie silnie rosną temperatura i ciśnienie w komorze spalania. Może to spowodować nawet zniszczenie silnika. To zjawisko może wystąpić, gdy źle dobrano stopień sprężania (jest za wysoki), moment zapłonu lub paliwo (za niska liczba oktanowa). Wskutek spalania stukowego topią się brzegi aluminiowego tłoka lub środkowa część denka.

Jednak z drugiej strony producenci stosują możliwie najwyższy stopień sprężania. Chodzi o uzyskanie większej mocy i redukcję zużycia paliwa. Dość często stosuje się czujniki spalania stukowego, które w razie konieczności regulują moment zapłonu. W celu uzyskania stosunkowo krótkiej drogi płomienia, w jedno- lub dwucylindrowych silnikach o dużej pojemności często stosuje się dwie świece zapłonowe, żeby mieszanka uległa całkowitemu spaleniu.

Wyciskacz pomoże

Wykorzystanie całej mieszanki w komorze spalania może wspomagać tzw. wyciskacz. Jest to objętość najczęściej o kształcie pierścienia położonego na obwodzie komory spalania. Tłok, zbliżając się do głowicy, wytłacza z niej resztkę mieszanki ku środkowi komory spalania, tak aby i ona została spalona. W tuningowanych silnikach wysokość wyciskacza może być tak mała, że przy najwyższych prędkościach obrotowych tłok może lekko uderzać w głowicę, co oczywiście jej szkodzi. W sporcie ten element się pomija.

Ponadto, szczególnie przy pełnym obciążeniu silnika, mieszanka wypełniająca wyciskacz hamuje tłok zbliżający się do głowicy. W silnikach wyścigowych odległość między tłokiem a głowicą przyjmuje wartość od 0,2 do 0,3 mm. W produkcji seryjnej taką precyzję wykonania można osiągnąć tylko dzięki sterowanej komputerowo obróbce komory spalania i tłoka. Podczas zapłonu płomień początkowo rozprzestrzenia się z prędkością 20 do 30 m/s, by następnie przyspieszyć do 200 m/s. W czasie spalania powstaje ciśnienie o wartości 100 barów, które działa na powierzchnię tłoków o średnicy 

80 mm (5027 mm2), jak w silniku BMW S 1000 RR. Oznacza to, że tłoki, sworznie i korbowody są obciążone naciskiem ponad 5 ton. Najwyższe ciśnienie powstaje około 15° po przekroczeniu górnego martwego punktu (GMP). Do tych sił należy dodać siły bezwładności, na jakie są narażone tłoki i korbowody. Przykładowo przy 12 000 obr/min tłok osiąga maksymalną prędkość 110- -130 km/h w połowie skoku i zaraz potem w ciągu niewiele ponad 1/1000 sekundy musi zostać wyhamowany do zera, by następnie przyspieszyć i ponownie uzyskać maksymalną prędkość.

W takiej sytuacji na ważący zaledwie 250 g tłok beemki S 1000 RR działa siła około 6300 N, co odpowiada masie ponad 600 kg, czyli ponad 2500 razy więcej niż wynosi masa własna tłoka. To wystarczający powód, by pracować nad wyprodukowaniem jak najlżejszych tłoków. Zwłaszcza że masy wirujące nie tylko pochłaniają energię, ale też wywołują dość mocne wibracje.

Rozmowy w tłoku

Przekrój cylindra jest idealnie okrągły. Luz między tłokiem a gładzią cylindra w silnikach chłodzonych cieczą wynosi 0,05- -0,08 mm. Aby zmniejszyć tarcie, gładzie cylindrów są pokrywane warstwą niklu i węglika krzemu (Nikasil) o grubości kilku setnych milimetra. Żeliwne cylindry w silnikach motocyklowych są obecnie rzadkością. Ciecz chłodząca omywa górną część cylindra na odcinku zaledwie 1/3 jego wysokości, czyli w obszarze narażonym na bardzo wysokie temperatury.

Dzięki temu redukuje się straty ciepła na ściankach cylindra, które pochłaniają część energii, zmniejszając sprawność silnika i zwiększając zużycie paliwa. Decydujące dla szczelności, zwłaszcza w dolnym i środkowym zakresie obrotów, są pierścienie tłokowe (a szczególnie ich konstrukcja i wykonanie). Kiedyś były one produkowane z żeliwa, dzisiaj stosuje się w zasadzie dwa bardzo cienkie (0,75 mm) pierścienie stalowe o możliwie niewielkim naprężeniu wstępnym.

Niewielka powierzchnia styku zapewnia świetną szczelność. Dzięki niej, mimo wysokich ciśnień w komorze spalania, tylko około 1% spalin przedostaje się do skrzyni korbowej (są to tzw. przedmuchy). W najniżej położonym rowku tłoka znajduje się pierścień olejowy zgarniający. W nowoczesnych silnikach stosuje się często dwa pierścienie zgarniające o grubości zaledwie 0,4 mm. Są one rozdzielone sprężyną taśmową, która przez niewielkie otwory odprowadza nadmiar oleju ze ścianek cylindra do wnętrza tłoka, a tym samym do skrzyni korbowej.

Żeby stawić czoło ekstremalnym ciśnieniom i bardzo wysokim temperaturom, współczesne wysilone silniki mają tłoki o krótkich płaszczach (tzw. tłoki wodzikowe). Aby po nagrzaniu tłok przyjmował kształt walca, w stanie "zimnym" jest owalny i baryłkowaty. Krótkie płaszcze tłoków zapewniają niewielkie tarcie przy dobrym prowadzeniu i zapewniają tym samym cichą pracę silnika pod względem mechanicznym.

Trzeba pamiętać, że krótkie i wąskie płaszcze tłoków muszą przenieść spore obciążenia, bo skośnie położony korbowód dociska je do ścianek cylindra z potężną siłą boczną. Przyjmuje ona wartość od 15 do 25% ciśnienia roboczego. Dlatego w celu redukcji tarcia nie tylko tłoki silników wyścigowych są pokrywane stopem grafitu/węgla.

Tagi: technika | jak działa motocykl | cylindry | tłoki | korbowody | silnik

Oceń artykuł:

5.0

Motocykl OnlinePorady dla motocyklistów

Porady dla motocyklistów Porady dla motocyklistów Porady dla motocyklistów Porady dla motocyklistów
ZOBACZ RÓWNIEŻ Zamknij